Оптический микроскоп может «заглянуть» в живую клетку благодаря суперлинзе

«Рулонная суперлинза» с помещенным внутрь объектом. (Изображение: Stefan Mendach). «Рулонная суперлинза» с помещенным внутрь объектом. (Изображение: Stefan Mendach).

Группа исследователей из Гамбургского университета (Германия) сообщила о завершении разработки суперлинзы совершенно нового типа, которая позволяет наблюдать изображения наноразмерных объектов в видимой и инфракрасной областях спектра, используя оптический микроскоп.

Разрешающая способность обычных оптических микроскопов, как известно, ограничивается половиной длины волны – лучшие образцы позволяют рассмотреть детали размером до 200 нм – чего вполне достаточно для наблюдения живых клеток, однако совершенно недостаточно для наблюдения процессов, происходящих внутри них. К сожалению, более мелкие объекты неразличимы за счет дифракции света. Электронные микроскопы обладают гораздо более высоким разрешением, однако они не могут обеспечить возможность наблюдения живых клеток и вирусов, попавших в них, поскольку исследуемый экземпляр помещается в вакуум.

Новый тип линз, который назвали суперлинзами, способен различать объекты такого размера, которые недоступны традиционной оптике. Теоретически суперлинзы исследовались в течение многих лет, но до 2000 года считалось, что изготовить их невозможно. Однако, в продолжение короткого промежутка времени была экспериментально доказана такая возможность, и уже в 2007 году ученые из США представили серьезные прототипы суперлинз, значительно расширяющих возможности оптических микроскопов. Следует отметить, что разработки американских ученых были достаточно односторонними – в одной из работ образец был предназначен для работы только в УФ-области, а во второй – в узкой полосе видимого спектра.

Группа исследователей из Гамбургского университета (Германия), возглавляемая Стефаном Мендахом (Stefan Mendach), показала образец суперлинзы совершенно нового типа, которая немедленно была высоко оценена авторами предыдущих разработок. Результаты исследований немецких ученых находятся в публикации в журнале Physical Review Letters

Действие предложенной новой суперлинзы основывается на сборе так называемых исчезающих волн (evanescent waves) – стоячих волн ближнего поля, интенсивность которых убывает настолько быстро, что зарегистрировать их можно лишь в радиусе нескольких нанометров от поверхности изучаемого образца. Суперлинза касается рассматриваемого объекта и преобразует исчезающие волны в световые, распространяющиеся на несколько большие расстояния и собираемые объективом оптического микроскопа.

Разработанный немецкими учеными прототип выглядит как узкая полоска материала сложного строения (слои серебра чередуются со слоями полупроводникового материала, в состав которого входят кремний, галлий, индий и мышьяк). Отличия атомарных структур слоев приводят к тому, что полоска самопроизвольно сворачивается в трубку (как коврик), внутренний диаметр которой составляет около 2 мкм. При помещении в эту трубку какого-либо объекта ее внутренняя поверхность собирает исчезающие волны вблизи этой поверхности; исчезающие волны продолжают движение через все слои трубки.

Поскольку свет распространяется перпендикулярно к поверхности трубки, процесс увеличения изображения объекта, захватываемого объективом микроскопа, соответствует радиальному распространению этих волн и выходу их на поверхность (аналогично рисунку на воздушном шарике, который становится больше, если шарик надут). В результате нанообъекты, которые настолько малы, что не могут быть обнаружены с помощью традиционных объективов, теперь могут быть разрешены тем же оптическим микроскопом, объектив которого сфокусирован на внешнюю поверхность суперлинзы (см. рис.).

Евгений Биргер

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.9 (19 votes)
Источник(и):

http://www.newscientist.com/…s-specs.html?…